CN107887929B - 一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置及方法，装置包括升压电力变压器，用于将光伏并网逆变器输出的交流电能升压为高压后通过开关单元送入电网；开关单元，根据开关控制命令，导通或断开升压电力变压器与电网之间的电气连接，并检测电网侧、升压电力变压器高压侧的电压幅值和波形，反馈给智能变流器；智能变流器，用于开关单元发送的接收电压幅值和波形，输出控制信号给升压电力变压器，控制升压电力变压器高压侧的电压幅值和波形，并发送开关控制命令给开关单元；降压变压器，用于智能变流器提供工作电源。本发明能够满足光伏发电在夜间退出变压器，节约能耗并降低电费费用，同时在发电前及时投入不降低可靠性和设备寿命。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技技术领域，具体涉及一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置及方法。
背景技术
随着新能源科技的快速发展，太阳能发电得到广泛应用和快速发展，太阳能并网发电系统，主要方式是通过升压电力变压器（例如箱式变电站）将光伏组件内光伏并网逆变器输出的电能送入电网（中国的电压等级通常是10kV或35kV），当前实际上没有考虑在夜间停止发电时这些电力变压器空载耗能的能源浪费问题。
太阳能并网发电系统能够搜集太阳辐射能，一般利用光生伏特效应通过光伏组件将太阳辐射能转化为直流电能，将直流电能通过光伏并网逆变器转变为交流电能并输入升压电力变压器的低压侧，高压变压器的高压侧通过“T”接集电线路并由其送至开关柜，开关柜接入配电室的高压母线，在发电时电能就这样送进电网。
在停止发电时（通常是夜间），升压电力变压器是处于空载状态下运行，电网电能由高压母线、开关柜、集电线路送入升压电力变压器，这时升压电力变压器作为负载消耗电能。例如，某分布式光伏电站使用5台10kV电压等级分裂式干式变压器（SCFB10-1000/500/500kVA）“T”接集电线路送入配电室的高压母线，每台变压器的空载损耗功率约为1.74kW，夏季停止发电时长短，约为11小时，每台变压器的空载损耗19.14kWh，以大工业用电每度电费0.64元计算，每日支付电费12.25元，全年该种变压器的夜间产生的电费将超过4470元。
在夜间退出变压器可以节约能耗并降低电费费用，但是，变压器在空载合闸时，会出现励磁涌流，实际上不能简单通过变压器的 退出和投入实现。变压器的励磁涌流是变压器全电压通电时在其绕组中产生的暂态电流，变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时,，其总磁通远远超过铁芯的饱和磁通量, 因此，会产生较大的涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。
励磁涌流与变压器投入时系统电压的相角、变压器铁芯的剩余磁通和电源系统阻抗等因素有关，最大的励磁涌流出现，在变压器投入时电压经过零点的瞬间（该时磁通为峰值），励磁涌流在某些情况下能造成电波动，如不采取相应措施，可能引起变压器过电流或继电保护误动作，造成断电，影响其他用户使用。另外，高压变压器每天做空载合闸操作产生励磁涌流所带来电压电流冲击、热冲击、电磁作用，会引起变压器内部的机械力及振动，进而缩短其使用寿命。
为了满足光伏发电能够在夜间退出变压器，以便节约能耗并降低电费费用，同时，发电前及时投入该变压器，而且不降低可靠性和设备寿命，是当前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服如何实现光伏发电在夜间退出变压器，节约能耗并降低电费费用的同时，不降低可靠性和设备寿命的问题。本发明的用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置及方法，增加开关单元、智能变流器和降压变压器，通过智能变流器法发出开关控制命令给开关单元，导通或断开升压电力变压器与电网之间的电气连接，能够很好的满足光伏发电在夜间退出变压器，节约能耗并降低电费费用，同时在发电前及时投入变压器而不降低可靠性和设备寿命，构思巧妙，实现便捷，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，包括升压电力变压器、开关单元、智能变流器和降压变压器，
所述升压电力变压器，用于将光伏并网逆变器输出的交流电能升压为高压后通过开关单元送入电网；
所述开关单元，根据开关控制命令，导通或断开升压电力变压器与电网之间的电气连接，并检测电网侧、升压电力变压器高压侧的电压幅值和波形，反馈给智能变流器；
所述智能变流器，用于开关单元发送的接收电压幅值和波形，输出控制信号给升压电力变压器，控制升压电力变压器高压侧的电压幅值和波形，并发送开关控制命令给开关单元；
所述降压变压器，用于智能变流器提供工作电源，
所述升压电力变压器的低压侧分别与光伏并网逆变器输出端、智能变流器的控制信号输出端相连接，所述升压电力变压器的高压侧通过开关单元接入电网，所述电网还与降压变压器的电源输入端相连接，所述降压变压器的电源输出端与智能变流器的电源输入端相连接，所述开关单元还与智能变流器相连接。
前述的一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，所述智能变流器包括大功率IGBT模块、保护电路、驱动控制电路，用于将降压变压器提供的交流电，变换成频率、相位和幅值可控的三相交流电，智能变流器的输出电压与降压变压器的输入端电压一致。
前述的一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，所述开关单元，包括电力开关和测控模块.
前述的一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，所述测控模块含有电压互感器，用于检测电力开关两侧的电压信号，发送电压信号到智能变流器，并接收智能变流器反馈的遥控信号，进而驱动电力开关导通或断开。
前述的一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，所述电力开关安导通或断开，控制升压电力变压器与电网之间的电气连接。
前述的一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，其特征在于：所述电力开关为断路器、接触器或电动隔离开关。一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套方法，包括以下步骤，
步骤（A），白天光伏组件正常发电时，光伏组件的光伏并网逆变器输出交流电送入升压电力变压器进行升压，并将升压后的交流电能，通过导通的开关单元送入电网，此时，智能变流器处于待机状态；
步骤（B），智能变流器在步骤待机时间结束后，转入工作状态，接收开关单元发送的升压电力变压器高压侧的电压幅值和波形测量数据，判断是否光伏组件处于发电状态，若光伏组件处于停止发电状态，记录此时的时刻为太阳降落时刻，并判断当前太阳是否已降落；若太阳没有降落，坚持光伏组件是否出现故障；若太阳已降落，则执行步骤（C）；
步骤（C），智能变流器发出断开控制命令给开关单元，所述开关单元接收到该断开控制命令后，切断升压电力变压器与电网之间网间的电气连接，此时，智能变流器根据太阳降落时刻，计算出太阳升起时刻，得到此时的待机时间，进入待机状态；
步骤（D），智能变流器在步骤（C）的待机时间结束后，转入工作状态，通过开关单元获取电网侧的电压幅值和波形测量数据；
步骤（E），智能变流器调节其输出电压从零开始逐步升高，控制升压电力变压器高压侧的输出，通过开关单元获取升压电力变压器高压侧的实时电压幅值和波形，直到升压电力变压器高压侧的实时电压幅值和波形、电网侧的电压幅值和波形相一致，执行步骤（F）；
步骤（F），在升压电力变压器高压侧的实时电压幅值和波形、电网侧的电压幅值和波形相一致时，智能变流器发出导通控制命令给开关单元，所述开关单元接收到该导通控制命令后，导通升压电力变压器与电网之间网间的电气连接，此时，智能变流器根据太阳升起时刻，计算出太阳降落时刻，得到步骤（B）所需的待机时间，智能变流器进入待机状态，并转入步骤（A）进入白天光伏组件正常发电。
前述的用于太阳能发电的节能型逆变升压成套方法，步骤（B），判断当前太阳是否降落，可通过人工观察判断或者感光设备判断。
本发明的有益效果是：本发明用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置及方法，增加开关单元、智能变流器和降压变压器，通过智能变流器法发出开关控制命令给开关单元，导通或断开升压电力变压器与电网之间的电气连接，能够很好的满足光伏发电在夜间退出变压器，节约能耗并降低电费费用，同时在发电前及时投入变压器而不降低可靠性和设备寿命，构思巧妙，实现便捷，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置的系统框图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，包括升压电力变压器1、开关单元2、智能变流器3和降压变压器4，
所述升压电力变压器1，用于将光伏并网逆变器输出的交流电能升压为高压后通过开关单元2送入电网；
所述开关单元2，根据开关控制命令，导通或断开升压电力变压器1与电网之间的电气连接，并检测电网侧、升压电力变压器高压侧的电压幅值和波形，反馈给智能变流器3；
所述智能变流器3，用于开关单元2发送的接收电压幅值和波形，输出控制信号给升压电力变压器1，控制升压电力变压器1高压侧的电压幅值和波形，并发送开关控制命令给开关单元2；
所述降压变压器4，用于智能变流器3提供工作电源，
所述升压电力变压器1的低压侧分别与光伏并网逆变器输出端、智能变流器3的控制信号输出端相连接，所述升压电力变压器1的高压侧通过开关单元2接入电网，所述电网还与降压变压器4的电源输入端相连接，所述降压变压器4的电源输出端与智能变流器3的电源输入端相连接，所述开关单元2还与智能变流器3相连接。
优选的，所述智能变流器3包括大功率IGBT模块、保护电路、驱动控制电路，用于将降压变压器4提供的交流电，变换成频率、相位和幅值可控的三相交流电，智能变流器3的输出电压与降压变压器4的输入端电压一致。
所述开关单元2，包括电力开关(例如：为断路器、接触器或电动隔离开关)和测控模块，所述测控模块含有电压互感器，用于检测电力开关两侧的电压信号，发送电压信号到智能变流器3，并接收智能变流器3反馈的遥控信号，进而驱动电力开关闭合和开断，电力开关安全地导通或断开升压电力变压器1与电网之间的电气连接。
本发明的用于太阳能发电的节能型逆变升压成套方法，包括以下步骤，
步骤（A），白天光伏组件正常发电时，光伏组件的光伏并网逆变器输出交流电送入升压电力变压器1进行升压，并将升压后的交流电能，通过导通的开关单元2送入电网，此时，智能变流器3处于待机状态；
步骤（B），智能变流器3在步骤待机时间结束后，转入工作状态，接收开关单元2发送的升压电力变压器高压侧的电压幅值和波形测量数据，判断是否光伏组件处于发电状态，若光伏组件处于停止发电状态，记录此时的时刻为太阳降落时刻，并判断当前太阳是否已降落；若太阳没有降落，坚持光伏组件是否出现故障；若太阳已降落，则执行步骤（C），优选的判断当前太阳是否降落，可通过人工观察判断或者感光设备判断；
步骤（C），智能变流器3发出断开控制命令给开关单元2，所述开关单元2接收到该断开控制命令后，切断升压电力变压器1与电网之间网间的电气连接，此时，智能变流器3根据太阳降落时刻，计算出太阳升起时刻，得到此时的待机时间，进入待机状态，此时，智能变流器3进入待机状态，从而避免了升压电力变压器1的夜间空载损耗；
步骤（D），智能变流器3在步骤（C）的待机时间结束后，转入工作状态，通过开关单元2获取电网侧的电压幅值和波形测量数据；
步骤（E）智能变流器3能够提供励磁电流对空载的升压电力变压器1进行励磁，空载变压器电压逐步升高，直至达到额定工作电压水平，这就避免了直接在空载变压器施加工作电压而产生的励磁涌流问题，实现高压变压器空载投入的安全可靠长寿命要求，智能变流器3调节其输出电压从零开始逐步升高，控制升压电力变压器1高压侧的输出，通过开关单元2获取升压电力变压器高压侧的实时电压幅值和波形，直到升压电力变压器高压侧的实时电压幅值和波形、电网侧的电压幅值和波形相一致，执行步骤（F）；
步骤（F），在升压电力变压器高压侧的实时电压幅值和波形、电网侧的电压幅值和波形相一致时，智能变流器3发出导通控制命令给开关单元2，所述开关单元2接收到该导通控制命令后，导通升压电力变压器1与电网之间网间的电气连接，此时，智能变流器3根据太阳升起时刻，计算出太阳降落时刻，得到步骤B所需的待机时间，智能变流器3进入待机状态，并转入步骤A进入白天光伏组件正常发电。
综上所述，本发明的用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置及方法，增加开关单元、智能变流器和降压变压器，通过智能变流器法发出开关控制命令给开关单元，导通或断开升压电力变压器与电网之间的电气连接，能够很好的满足光伏发电在夜间退出变压器，节约能耗并降低电费费用，同时在发电前及时投入变压器而不降低可靠性和设备寿命，构思巧妙，实现便捷，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，其特征在于：包括升压电力变压器（1）、开关单元（2）、智能变流器（3）和降压变压器（4），
所述升压电力变压器（1），用于将光伏并网逆变器输出的交流电能升压为高压后通过开关单元（2）送入电网；
所述开关单元（2），根据开关控制命令，导通或断开升压电力变压器（1）与电网之间的电气连接，并检测电网侧、升压电力变压器高压侧的电压幅值和波形，反馈给智能变流器（3）；
所述智能变流器（3），用于开关单元（2）发送的接收电压幅值和波形，输出控制信号给升压电力变压器（1），控制升压电力变压器（1）高压侧的电压幅值和波形，并发送开关控制命令给开关单元（2）；
所述降压变压器（4），用于智能变流器（3）提供工作电源，
所述升压电力变压器（1）的低压侧分别与光伏并网逆变器输出端、智能变流器（3）的控制信号输出端相连接，所述升压电力变压器（1）的高压侧通过开关单元（2）接入电网，所述电网还与降压变压器（4）的电源输入端相连接，所述降压变压器（4）的电源输出端与智能变流器（3）的电源输入端相连接，所述开关单元（2）还与智能变流器（3）相连接；
步骤（A），白天光伏组件正常发电时，光伏组件的光伏并网逆变器输出交流电送入升压电力变压器（1）进行升压，并将升压后的交流电能，通过导通的开关单元（2）送入电网，此时，智能变流器（3）处于待机状态；
步骤（B），智能变流器（3）在步骤待机时间结束后，转入工作状态，接收开关单元（2）发送的升压电力变压器高压侧的电压幅值和波形测量数据，判断是否光伏组件处于发电状态，若光伏组件处于停止发电状态，记录此时的时刻为太阳降落时刻，并判断当前太阳是否已降落；若太阳没有降落，坚持光伏组件是否出现故障；若太阳已降落，则执行步骤（C）；
步骤（C），智能变流器（3）发出断开控制命令给开关单元（2），所述开关单元（2）接收到该断开控制命令后，切断升压电力变压器（1）与电网之间网间的电气连接，此时，智能变流器（3）根据太阳降落时刻，计算出太阳升起时刻，得到此时的待机时间，进入待机状态；
步骤（D），智能变流器（3）在步骤（C）的待机时间结束后，转入工作状态，通过开关单元（2）获取电网侧的电压幅值和波形测量数据；
步骤（E），智能变流器（3）调节其输出电压从零开始逐步升高，控制升压电力变压器（1）高压侧的输出，通过开关单元（2）获取升压电力变压器高压侧的实时电压幅值和波形，直到升压电力变压器高压侧的实时电压幅值和波形、电网侧的电压幅值和波形相一致，执行步骤（F）；
步骤（F），在升压电力变压器高压侧的实时电压幅值和波形、电网侧的电压幅值和波形相一致时，智能变流器（3）发出导通控制命令给开关单元（2），所述开关单元（2）接收到该导通控制命令后，导通升压电力变压器（1）与电网之间网间的电气连接，此时，智能变流器（3）根据太阳升起时刻，计算出太阳降落时刻，得到步骤（B）所需的待机时间，智能变流器（3）进入待机状态，并转入步骤（A）进入白天光伏组件正常发电。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，其特征在于：所述智能变流器（3）包括大功率IGBT模块、保护电路、驱动控制电路，用于将降压变压器（4）提供的交流电，变换成频率、相位和幅值可控的三相交流电，智能变流器（3）的输出电压与降压变压器（4）的输入端电压一致。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，其特征在于：所述开关单元（2），包括电力开关和测控模块。
4.根据权利要求3所述的一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，其特征在于：所述测控模块含有电压互感器，用于检测电力开关两侧的电压信号，发送电压信号到智能变流器（3），并接收智能变流器（3）反馈的遥控信号，进而驱动电力开关导通或断开。
5.根据权利要求4所述的一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，其特征在于：所述电力开关安导通或断开，控制升压电力变压器（1）与电网之间的电气连接。
6.根据权利要求3所述的一种用于太阳能发电的节能型逆变升压成套装置，其特征在于：所述电力开关为断路器、接触器或电动隔离开关。
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